Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой



Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой
Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой

 

C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2564645:

Ковальков Валерий Константинович (RU)

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам радиационного упрочнения поверхностей изделий из твердых сплавов, в частности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой. Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой включает воздействие на поверхность инструмента потоком электронов. Обеспечивают получение поверхностью инструмента заряда 0,1- 0,8 мK/см2, при этом на поверхность инструмента воздействуют потоком электронов с энергией электронов 0,5-1,5 МэВ в течение не менее 10 с. Повышается износостойкость инструмента и срок его службы. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам радиационной модификации изделий из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой, в частности к изделиям, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например резанием, а также для породоразрушающего инструмента.

Известен способ радиационной обработки твердых сплавов на основе кобальта [1], заключающийся в облучении их интегральными потоками электронов Φ в интервале от 1013 до 4·1018 эл/см2 при потоке электронов 6·1013 эл/(см2·с) и энергиях электронов 1,2 и 1,8 МэВ. Недостатками известного способа являются: недостаточная эффективность при относительно малых значениях интегрального потока электронов: при Ф=1013-1015 эл/см2 микротвердость изменялась незначительно и лишь в интервале 5·1017-2·1018 эл/см2 она возрастала на 18%; низкая экономичность из-за большой длительности процесса обработки (8000-32000 с, т.е. 2 ч 13 мин - 9 ч).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ радиационной обработки [2], в котором поверхность изделия облучают электронами в интервале от одного электрона до менее 107 электронов, падающих на поверхность изделия. При этом используют радиоизотопный источник электронов, содержащий смесь радиоактивных изотопов стронция 90 и иттрия 90 (Sr90+Y90). Энергетический спектр электронов источника Sr90+Y90 весьма широк: он простирается от практически нулевых энергий до Е0=2,27 МэВ. Недостатком указанного способа является зависимость результатов от температурных режимов спекания сплава и большое время облучения, порядка 19 минут при верхнем пределе значения потока электронов. Данный способ является экономически нецелесообразным также из-за неопределенности выбора интегрального потока от одного электрона до менее 107 электронов, падающих на поверхность изделия.

Предлагаемое изобретение направлено на исключение влияния температурных режимов спекания и обеспечение промышленного применения для упрочнения поверхностей режущих инструментов из твердых сплавов марок ВК и ТК с кобальтовой связкой. Повышается износостойкость и срок службы режущего инструмента.

Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой, включающий воздействие на поверхность инструмента потоком электронов, характеризуется тем, что обеспечивают получение поверхностью инструмента заряда 0,1- 0,8 мK/см2, при этом на поверхность инструмента воздействуют потоком электронов с энергией электронов 0,5-1,5 МэВ в течение не менее 10 с.

Отличительными признаками изобретения являются:

- замена облучения радиоизотопным источником на воздействие потоком электронов от ускорителя электронов;

- значение нижнего порога получения поверхностью заряда не менее 0,1 мK/см2;

- значение верхнего порога получения поверхностью заряда не более 0,8 мK/см2;

- время воздействия потока электронов не менее 10 с;

- энергия электронов не менее 0,5 МэВ и не более 1,5 МэВ.

Нами экспериментально установлено, что энергетическое воздействие потоком электронов в указанном диапазоне энергий за время не менее 10 с не вызывает локального разогрева поверхности, которое могло бы вызвать расплавление тонкого поверхностного слоя, как это бывает при импульсном воздействии потоком ионов [3] и не вызывает образование существенного количества новых дефектов в структуре сплава. Последнее обстоятельство подтверждено исследованиями в работе [4], где доказано, что образуются не новые дефекты, а напротив, имеющиеся точечные дефекты объединяются в кластеры - петли, что приводит к изменению механических характеристик.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась измерением твердости поверхности методом Роквелла при нагрузках на индентор не менее 30 кГ. Это позволяет убедиться в модификации поверхности на глубину не менее 6 мкм. В частности, измерения твердости проводили до и после обработки с помощью прибора ТКС-1М (Супер-Роквелл) при нагрузке на индентор в 30 кГ. Так, после обработки поверхности зубков (для породоразрушающего инструмента) из сплавов ВК8ВК, ВК11ВК и ВК13 были получены следующие результаты:

Таблица 1

Необходимо отметить, что сплавы ВК8ВК и ВК11ВК - это сплавы с особо крупными (обозначение ВК в конце названия) зернами монокарбида вольфрама 1-3 мкм, а сплав ВК13 с большим содержанием кобальта -13%. Как известно, твердость растет с уменьшением размера зерен и падает с увеличением количества кобальта в сплаве. Также были обработаны фрезы итальянского производства из особо мелкого монокарбида вольфрама марки ВК8:

Таблица 2

Фрезы для испытаний были предоставлены ФГБУ «СТАНКИН», а зубки - ОАО «Волгобурмаш». Как видно, и мелкозернистые, и крупнозернистые твердые сплавы и сплавы с большим содержанием кобальта после обработки потоком электронов получают упрочнение поверхностного слоя. Глубину проникновения индентора можно примерно определить по следующей формуле h=2(100-HR) мкм, где HR значение твердости. Для фрез глубина проникновения индентора составила 16 мкм, а для зубков - 20-24,6 мкм. Экспериментально было установлено, что при обработке потоком электронов наиболее значительно упрочняется верхний слой толщиной менее 1 мкм, где значения микротвердости достигают 20-50 ГПа по Виккерсу. Проведенные измерения на приборе «НАНОСКАН» с индентором Берковича в ФГБУ «ТИСНУМ» (г. Троицк) обработанных образцов из сплава ВК6 показали, что наибольшая микротвердость (20 ГПа) имеет место в поверхностном слое толщиной 250 нм и затем уменьшается до 12 ГПа на глубине 1000 нм. Но известно, что энергетическое воздействие подобного рода модифицирует поверхность на глубины порядка 100-200 мкм, так в работе [5] показано, что в процессе работы режущего инструмента наблюдается модификация поверхности на данную глубину только у обработанного инструмента.

Применение ускорителя электронов имеет существенные преимущества перед использованием изотопных источников электронов:

- строго контролируемое значение энергии электронов не более 1,5 МэВ, т.е. уменьшение вероятности возникновения новых дефектов в кристаллической решетке металлов;

- четко контролируемая в пространстве геометрия потока электронов;

- равномерная и регулируемая плотность потока электронов на единицу поверхности;

- строго контролируемое и регулируемое значение интегрального потока электронов на единицу поверхности - измеряемое значение заряда, полученного единицей поверхности в кулонах на квадратный см, - возможность промышленного применения для обработки серийного выпуска в млн штук в год резцов, сверл, фрез, зубков и т.п.;

- контролируемая радиационная безопасность при работе установки и полная безопасность при ее выключении.

Кажущая высокая стоимость установки порядка 1 млн евро оказывается ничтожно малой на единицу обработанной продукции. Так установка [6], имеющая раструб для формирования геометрии потока электронов и вывода потока в атмосферу с геометрией потока 50*600 мм, способна за час обработать 720 фрез диаметром 20 мм и длиной 200 мм, в год не менее 1,5 млн фрез или 40 млн зубков.

Литература

1. Петренко П.В., Кулиш Н.П., Мельникова Н.А., Грицкевич А.Л., Мищенко О.П. /Механизм радиационного упрочнения инструмента из твердого сплава на основе кобальта // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 1991. - В. 1(55). - С. 105-107.

2. Патент РФ 2242328 «Способ радиационной обработки изделий из карбидосталей». Коршунов А.Б., Жуков Ю.Н. и др.

3. Солдатенко Е.А., Колубаева Ю.А. /Влияние плотности энергии и длительности импульса сильноточного электронного пучка на внутреннюю структуру твердого сплава Т15К6./ Труды 9-й МК «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2011 г., с. 83-85.

4. Левшунова В.Л., Питиримова Е.А., Похил Г.П., Тетельбаум Д.И./Новые особенности эффекта дальнодействия при наблюдении его на электронографе./ Труды 10-й МК «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2013 г., с. 53-55.

5. Полещенко К.Н., Орлов П.В., Геринг Г.И., Вершинин Г.А., Иванов Ю.Ф. /Структурные превращения в приповерхностных слоях модифицированных твердых сплавов при трибомеханическом нагружении. /Вестник Омского университета. 1997, Вып. 3, с. 35-37.

6. Алимов А.С., Ишханов Б.С, Пахомов Н.И., Шведунов В.И. /Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий./ Федеральное агентство по атомной энергии ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ» Центр «АТОМ-ИННОВАЦИЯ» материалы инновационного форума РОСАТОМА, июнь 2007, с. 87-88.

Способ упрочнения поверхности режущего инструмента из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой, включающий воздействие на поверхность инструмента потоком электронов, отличающийся тем, что обеспечивают получение поверхностью инструмента заряда 0,1- 0,8 мK/см2, при этом на поверхность инструмента воздействуют потоком электронов с энергией электронов 0,5-1,5 МэВ в течение не менее 10 с.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу обработки малоуглеродистой, комплексно-легированной стали, и может быть использовано для упрочнения труб нефтяного сортамента, например бурильных.

Изобретение относится к технологии упрочнения поверхности стали и может быть использовано при ремонте сельскохозяйственной техники. Способ упрочнения поверхности стальных изделий включает цементацию поверхностного слоя стального изделия с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом из углеродсодержащего материала и упрочняемой поверхностью стального изделия с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной термической обработке деталей, и может найти применение в машиностроении общего назначения, приборостроении, самолетостроении и космической технике.

Изобретение относится к области обработки черных металлов, в частности к повышению механических свойств конструкционных сталей. Для повышения значений показателей ударной вязкости и пластичности без снижения показателей прочности изделие подвергают закалке и высокому отпуску, а затем осуществляют последующую обработку изделия путем воздействия на него в течение 35 мин пульсирующим газовым потоком со скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 600 до 1000 Гц и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ.
Изобретение относится к области термической обработки стальных деталей. Для обеспечения стойкости, надежности деталей и получения заданных механических свойств осуществляют изотермическую закалку деталей в закалочной среде на водной основе, содержащей частицы размолотых фракций солей минералов с одновременным образованием на поверхности стальной детали керамического диффузионного слоя путем адиабатного изменения кристаллической решетки и структуры стали за счет реакции замещения атомов железа атомами магния и упомянутыми частицами минералов, обладающих способностью диффундировать в поверхностный слой стальной детали.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки поверхностного слоя изделий. Способ плазменной термической обработки поверхностного слоя изделий включает нагрев рабочей поверхности изделия аргоновой плазменной дугой прямого действия на токе обратной полярности.

Изобретение относится к технологии термической обработки. Для повышения хладостойкости и снижения коробления изделия осуществляют его восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе, при этом нагрев изделия в диапазоне температур от 100 до 450°С ведут со скоростью до 50°С/час.2 пр., 2 ил. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт, используемых при производстве постоянных магнитов.
Изобретение относится к термической обработке углеродистых инструментальных сталей. Способ термической обработки включает закалку сталей с температуры 760-780°C и последующее воздействие на них при комнатной температуре пульсирующего дозвукового воздушного потока частотой 1130-2100 Гц и звуковым давлением 120-140 дБ.

Изобретение относится к оборудованию для термообработки кольцеобразной заготовки. Приспособление для поддержки кольцеобразной заготовки для транспортирования и нагрева ее нагревательным устройством содержит центральный узел, вращающийся приводной механизм, расположенный в центральном узле, и опору для заготовки.

Группа изобретений относится к получению азотированных спеченных стальных деталей. Получают предварительно легированный стальной порошок на основе железа, включающего менее 0,3 мас.% Mn, по меньшей мере один элемент из группы: 0,2-3,5 мас.% Cr, 0,05-1,2 мас.% Mo и 0,05-0,4 мас.% V, и максимум 0,5 мас.% неизбежных примесей.

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения деталей аддитивным спеканием. Предложен способ производства детали на основе сплавов Co-Cr-Mo, имеющих значения среднего предельного удлинения при 800°C более 10% и среднего предела текучести при 800°C более 400 МПа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей, работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержаших твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки металлов и металлических сплавов, например, резанием.

Изобретение относится к обработке металлокерамических материалов резанием, в частности к формированию поверхностного слоя пористых металлокерамических спеченных материалов, которые могут быть использованы при производстве деталей из антифрикционных материалов, которые применяются в качестве самосмазывающихся подшипников скольжения для установки в спидометрах, распределителях зажигания, стартерах, стеклоочистителях, стеклоподъемниках автомобилей и тракторов, глубинных насосах, бытовой технике.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Для повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов осуществляют лазерную обработку изделий с использованием лазера импульсного действия при полезной энергии импульса 60-500 Дж, плотности мощности импульса 1,2·1010-4,3·1011 Вт/м2, длине волны 1,064·10-6 м, продолжительности импульса 0,8·10-3 с, диаметре луча 1,2·10-3-2,5·10-3 м и расстоянии от места облучения до упрочняемой поверхности 12-30 мм.
Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления трехмерного изделия. Способ изготовления трехмерного изделия (11) из жаропрочного сплава на основе никеля, кобальта или железа (12) характеризуется тем, что осуществляют последовательное нанесение на пластину-подложку порошка или суспензии порошка сплава на основе никеля, кобальта или железа и наращивание изделия аддитивным процессом с получением изделия (11) с анизотропией свойств. Затем проводят термическую обработку полученного изделия (11), обеспечивающую перекристаллизацию и/или укрупнение зерен для снижения анизотропии свойств изготавливаемого изделия. Изготавливают трехмерное изделие аддитивным способом без анизотропии свойств. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх